ELI5: Hvordan bremser bremser?

I serien "Forklar det som om jeg er 5 år" tar vi for oss komplekse tema på en måte som selv en femåring kan forstå. Vi har fått hjelp av Gareth Thomas, senioringeniør hos Polestar, som har mange års erfaring fra bremsenes verden.I likhet med forrige del av denne serien starter vi med en kort innføring i fysikk. Når bilen kjører, har hjulene energi i form av bevegelse, noe som kalles kinetisk energi. Hvis du trår på bremsepedalen i bilen, vil bremsene påføre friksjon på hjulene ved å klemme på bremseskiven. Da gjøres den kinetiske energien om til varmeenergi. Den kinetiske energien til bilen som er i bevegelse, forvandles til varme gjennom friksjon, akkurat som når du gnir håndflatene mot hverandre når det er kaldt. Denne varmespredningen gjør at bilen kan stoppe.Gjennom bilens historie har man brukt mange slags bremsesystemer, men en ting alle har til felles, er at de er avhengige av friksjon. Man kan ikke bremse uten friksjon. Noen av de aller tidligste bremseversjonene var bare trestykker som trykket mot hjulet. Denne løsningen var langt fra en optimal løsning, og førte til stor slitasje på hjulet, men bremsene fungerte likevel, takket være friksjonen de genererte.

Tromler og hydrauliske bremser

Så hvordan kan du påføre friksjon på et hjul uten å skade det? Skarpe hoder som drev med bremsebygging tidlig på 1900-tallet, fant ut at det kunne være smart å feste en trommel på hjulet. Trommelen hadde to varmebestandige klosser på innsiden som kunne trykke utover mot trommelen. Siden trommelen var festet til hjulet, ville hjulet dreie saktere hvis trommelen dreide saktere. Dette løste problemet med slitasje på hjulet, men det gjensto fortsatt et par problemer med bremsesystemet.Tidlige biler brukte et komplekst system av kabler og vaiere til å overføre trykket fra pedalene til hjulene. Når man tråkket på pedalen, trakk den i bremsevaieren som var festet til hjulet. Dette systemet hadde imidlertid to problemer. For det første hadde vaierne en lei tendens til å ryke, og for det andre var det svært vanskelig å oppnå den presisjonen som trengtes for å påføre samme bremsetrykk på alle hjulene. Feil stramming på vaierne kunne føre til at bilen begynte å vingle når du tråkket på bremsen.Løsningen på dette kom med oppfinnelsen av de hydrauliske bremsene. Hydrauliske bremseledninger er rør som kobler bremsesystemet til tromlene på hjulene. Disse rørene er fylt med bremsevæske som ikke lar seg komprimere, hvilket betyr at de overfører kreftene som oppstår når man tråkker på bremsepedalen, uten tap av effekt. Ved hjelp av trykksatt bremsevæske sender bremsen trykk gjennom alle bremseledningene samtidig. På 1950-tallet var hydrauliske bremser det eneste bremsesystemet som ble brukt i biler.Nå vet vi altså hvordan man kan omgjøre den kinetiske energien i de snurrende hjulene til varmeenergi på en kontrollert måte ved hjelp av tromler og hydrauliske bremseledninger. Men hva med all varmeenergien vi sitter igjen med?

Skiver og kalipere

Hvis bremsene blir for varme, er det katastrofalt for bremsingen. Hvis de overopphetes, kan de ikke lenger gjøre den kinetiske energien om til varme, og bilen "mister bremsene", som man sier (tap av bremsekraft på grunn av varmgang). Løsningen er enkel: ut med tromlene og inn med skiver og kalipere.Bremseskiven er montert på hjulet og dreier gjennom bremsekaliperen. Mens trommelbremser fungerer ved å trykke utover, fungerer skivebremsene ved å klemme innover. Kaliperen klemmer om skiven, og det skaper… som du sikkert har forstått – friksjon.  Jo større dimensjoner skive- og kaliperkombinasjonen har, jo større er bremsekraften.Skivebremser er også overlegne når det gjelder varmespredning. Dette skjer på flere ulike måter. For det første er ikke kaliperen montert inne i en trommel, så varmen kan slippe ut. For det andre har hjulene huller for å slippe ut varm luft. For det tredje finnes det kjølekanaler fra bilens front til baksiden av bremsene som slipper inn frisk luft for å kjøle ned bremsene. Det fungerer omtrent som når vi sitter foran en vifte for å kjøle oss ned på en varm dag.Selv om skivebremser gir bedre bremsekraft, er trommelbremser slett ikke dårlige eller usikre. Skivebremser er dessuten mye dyrere å lage og skifte enn trommelbremser. De kan også bli utsatt for rust hvis de ikke brukes ofte eller hvis bilen står parkert over lang tid. Siden trommelbremser er et fullstendig lukket system, ruster de ikke på samme måte. Trommelbremser kan også fungere som parkeringsbremser, noe som forenkler bremsesystemet.

Slitasje

En viktig faktor for at bremsene skal vare så lenge som mulig, er å unngå å føre for mye energi inn i systemet. Det betyr at i stedet for å bremse hardt og sent, bør man trå på bremsepedalen tidligere og med mindre kraft. På den måten sender man mindre trykk gjennom bremsesystemet, og friksjonen mellom bremsene og skiven reduseres, slik at varmen spres saktere og mer skånsomt.I kaldere måneder kan man oppleve at parkeringsbremsen "fryser" hvis bilen står parkert utendørs i veldig kalde forhold. For å unngå dette bør man parkere bilen i en garasje, hvis det lar seg gjøre.Vi håper denne korte innføringen har lært deg litt mer om bremser. Hvis du vil vite mer, kan du trykke på pilen nedenfor for å lære mer om bremsene våre og vår verdenskjente partner Brembo.